Carbon 語言賦值語句設計解析簡單賦值、復合賦值與/--的接口化實現(xiàn)【免費下載鏈接】carbon-langCarbon Languages main repository: documents, design, implementation, and related tools. (NOTE: Carbon Language is experimental; see README)項目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/ca/carbon-lang導讀本文基于 Carbon 語言設計文檔 docs/design/assignment.md 系統(tǒng)講解賦值語句的語法與語義簡單賦值、$復合賦值以及/--自增自減的規(guī)則、與 C 的異同以及如何通過標準庫接口為自定義類型提供這些運算符。文中將結合 core/prelude/operators/arithmetic.carbon、core/prelude/operators/bitwise.carbon 等前奏庫源碼和 proposals/p002511-assignment-statements.md 提案帶你理解 Carbon 為什么把賦值限定為完整語句、如何利用(ref self: Self)參數(shù)保證賦值目標可修改、以及泛型默認實現(xiàn)如何讓$自動由$與推導出來。注意Carbon 語言仍處于實驗階段參見 README.md本文描述的是當前倉庫中的設計文檔所規(guī)定的語義部分內(nèi)容如元組、結構體的賦值規(guī)則在設計文檔中仍標記為 TODO。賦值語句的總體設計賦值是命令式編程的基石。Carbon 在語法上延續(xù)了 C 家族的傳統(tǒng)提供三類賦值類運算符簡單賦值variable value;復合賦值variable $ value;其中$是某個二元運算符算術或位運算自增與自減variable;與--variable;基本用法如下來自 assignment.md 的 Overview 部分var a: i32 5; a 6;對于每個二元算術或位運算運算符$Carbon 都提供對應的復合賦值$執(zhí)行原地操作// 等價于 a a 1; a 1; // 等價于 a a 3; a 3;此外還提供自增與自減// 等價于 a a 1; a; // 等價于 a a - 1; --a;賦值只能作為完整語句與 C/C 最大的不同在于簡單賦值、復合賦值、自增、自減這四類運算符只能作為完整語句使用不能作為其他運算符的子表達式即使加上括號也不行var n: i32; // 錯誤不允許把賦值作為子表達式。 if (F() and (n GetValue()) 5) { }這一限制在提案 p002511-assignment-statements.md 中被正式確立。提案中列舉了 C/C 中賦值表達式混入子表達式帶來的一系列問題賦值與比較混淆例如if (variable 3) { ... }這類代碼極難閱讀業(yè)界甚至形成了用額外括號規(guī)避編譯警告的慣例if ((variable 3))。未定序的修改與訪問例如n a n;在 C/C 中是未定義行為因為自增n與表達式中其他運算的次序不確定。后置自增的性能陷阱C 的后置自增需要保留舊值可能帶來額外拷貝即使編譯器內(nèi)聯(lián)優(yōu)化也增加了編譯器負擔。Carbon 選擇把賦值建模為語句而非表達式帶來的好處包括可以從語言層面根除if (a b)這類拼寫錯誤不再依賴編譯器的 warning而是語言規(guī)則本身就不允許同時賦值作為語句也天然成為變量從未成形狀態(tài)unformed state過渡到完全成形狀態(tài)的清晰節(jié)點避免變量狀態(tài)轉換發(fā)生在表達式求值的非定序中間點。作為代價n arr[i];這類寫法需要改寫為更啰嗦的語句序列——這是設計團隊在 項目目標 中權衡后接受的取舍。語法約束左側操作數(shù)必須可修改這些運算符的操作數(shù)可以是任意表達式但第一個操作數(shù)賦值目標必須是可修改的因為它會被傳給一個(ref self: Self)參數(shù)。ref self意味著函數(shù)接收的是對象的引用而非值拷貝從而可以在原地修改對象。這一約束排除了大多數(shù)表達式形式只允許以下幾類var綁定的名字指針解引用dereference of a pointer產(chǎn)生可修改結果的數(shù)組下標array indexing成員訪問命名字段且該對象本身是上述表達式之一。換句話說5 x;、(a b) c;這類寫法在語法層面就被拒絕。測試 toolchain/check/testdata/operators/overloaded/fail_assign_non_ref.carbon 即用于驗證把不可修改的表達式作為賦值目標這類錯誤場景。簡單賦值語義與初始化精確對應簡單賦值語句的設計目標是精確鏡像初始化的語義。下面兩段代碼在語義上應當?shù)葍r前提是二者都合法// 聲明并初始化。 var v: T init;// 聲明與初始化分離。 // 要求 T 具有未成形狀態(tài)unformed state。 var v: T; v init;這種等價性并非由編譯器強制保證但在對象處于未成形狀態(tài)時運行賦值函數(shù)是可選的——正如運行析構函數(shù)是可選的。如果賦值函數(shù)沒有被運行對象將直接從右側操作數(shù)初始化。不過類型仍然必須實現(xiàn)AssignWith賦值才被允許。設計文檔給出了一個圍繞返回對象時避免額外拷貝的示例class C { ... } fn F() - C { returned var c: C {...}; // 這里的 c 在第一次調(diào)用 F() 時是 x。 // 這里的 c 在第二次調(diào)用 F() 時可以是 y。 return var; } fn G() { var x: C F(); var y: C; y F(); }這個示例展示了returned var與返回值語義的配合F()可以直接在調(diào)用者的存儲x或y中構造返回值。對于var y: C;這種未成形對象編譯器可以選擇跳過賦值函數(shù)、直接就地初始化y從而省去一次多余的寫入。這一點與 values.md 中介紹的初始化表達式initializing expressions模型一致函數(shù)返回可以在調(diào)用者的存儲中直接初始化對象。復合賦值語義語法糖與移動到下一個值a $ b;的定位是a a $ b;的語法糖但有兩點例外考量類型可能能為復合賦值形式提供比未組合形式更高效的實現(xiàn)原地操作、復用左操作數(shù)已分配的內(nèi)存。類型可能無法或不愿意提供未組合形式。例如創(chuàng)建一個新實例需要額外的資源上下文對象、分配器而這些資源在復合賦值場景下不可用。語法糖通過$的默認實現(xiàn)來實現(xiàn)見后文。/--不是加 1 的語法糖與 C 不同a;和--a;不是a a 1;與a a - 1;的簡單語法糖。Carbon 將這兩個運算符解釋為移動到下一個值與移動到上一個值對于鏈表迭代器這類類型移動是有意義且可用的但加一個整數(shù)未必是理想操作對于有理數(shù)這類類型加 1有意義但移動到下一個值反而未必有意義。因此/--的可用性與整數(shù)加法的可用性彼此獨立。這也解釋了為什么浮點類型不提供/--對浮點數(shù)加 1 不一定會產(chǎn)生不同的數(shù)而移動到下一個可表示值是另一個有意義的概念提案 p002511-assignment-statements.md 的 Treat increment as syntactic sugar for adding 1 一節(jié)對此有詳細討論。因為賦值是語句而非表達式Carbon 中沒有前置/后置自增之分也不提供后置自增。內(nèi)置類型的賦值行為對于內(nèi)置類型Carbon 提供了開箱即用的賦值語義簡單賦值整數(shù)類型、浮點類型、bool、指針類型都支持。右操作數(shù)會被隱式轉換為左操作數(shù)的類型轉換后的值替換左操作數(shù)的值。復合賦值$整數(shù)和浮點類型對每個受支持的運算符$自動提供經(jīng)由默認實現(xiàn)機制見下節(jié)。自增/自減整數(shù)類型的n;、--n;分別等價于n 1;、n - 1;浮點類型不提供/--。在倉庫的 prelude 源碼中這些內(nèi)置實現(xiàn)清晰可見。例如 core/prelude/types/int.carbon 中為Int(N)定義了全部 9 個復合賦值接口的實現(xiàn)每個都映射到內(nèi)建指令impl forall [N: IntLiteral, U: ImplicitAs(Int(N))] Int(N) as AddAssignWith(U) { fn Op(ref self, other: Self) int.sadd_assign; } impl forall [N: IntLiteral, U: ImplicitAs(Int(N))] Int(N) as LeftShiftAssignWith(U) { fn Op(ref self, other: Self) int.left_shift_assign; }可以看到整數(shù)的使用int.sadd_assign內(nèi)建指令、使用int.left_shift_assign等且右操作數(shù)允許任何ImplicitAs(Int(N))的類型這為整數(shù)字面量的隱式轉換提供了通道。浮點類型在 core/prelude/types/float.carbon 中只提供了AddAssignWith、DivAssignWith、MulAssignWith、SubAssignWith四個復合賦值實現(xiàn)無ModAssignWith也無Inc/Dec印證了設計文檔中浮點類型不提供/--的規(guī)則final impl forall [N: IntLiteral] Float(N) as AddAssignWith(Self) { fn Op(ref self, other: Self) float.add_assign; }C 互操作兼容類型CppCompat.Long32、CppCompat.Long64、CppCompat.LongLong64也在 core/prelude/types/cpp/int.carbon 中提供了對應的全套復合賦值實現(xiàn)保證遷移自 C 的代碼語義一致。元組、結構體、choice 類型與 data class關于元組、結構體struct、choice 類型以及 data class 的賦值規(guī)則設計文檔目前標注為TODO并引用了 leads issue #686: Operation order in struct/class assignment/initialization該 issue 討論結構體/類賦值與初始化中的操作次序問題。相關語義仍在設計中本文不做臆測?？蓴U展性為自定義類型提供賦值運算符用戶自定義類型可以通過實現(xiàn)標準庫提供的一系列接口來定義賦值運算的語義。內(nèi)置類型也通過這些接口的實現(xiàn)獲得上文所述語義。這是 Carbon 的運算符即接口哲學的直接體現(xiàn)——運算符會被改寫成對接口方法的調(diào)用而不是像 C 那樣依賴自由函數(shù)重載詳見 重載運算符相關設計 與提案 p001144-generic-details-11-operator-overloading.md。簡單賦值接口AssignWith// 簡單 。 interface AssignWith(U: type) { fn Op(ref self, other: U); } constraint Assign { extend AssignWith(Self); }給定var x: T與y: U語句x y;會被改寫成x.(AssignWith(U).Op)(y);即一次限定成員調(diào)用。注意Op接收ref self因此改寫后的調(diào)用會修改x本身。constraint Assign是非參數(shù)化版本供泛型約束中書寫T:! Assign使用。算術復合賦值接口族// 復合 。 interface AddAssignWith(U: type) { fn Op(ref self, other: U); } constraint AddAssign { extend AddAssignWith(Self); } // 復合 -。 interface SubAssignWith(U: type) { fn Op(ref self, other: U); } constraint SubAssign { extend SubAssignWith(Self); } // 復合 *。 interface MulAssignWith(U: type) { fn Op(ref self, other: U); } constraint MulAssign { extend MulAssignWith(Self); } // 復合 /。 interface DivAssignWith(U: type) { fn Op(ref self, other: U); } constraint DivAssign { extend DivAssignWith(Self); } // 復合 %。 interface ModAssignWith(U: type) { fn Op(ref self, other: U); } constraint ModAssign { extend ModAssignWith(Self); } // 自增 。 interface Inc { fn Op(ref self); } // 自減 --。 interface Dec { fn Op(ref self); }給定var x: T與y: U改寫規(guī)則如下x y;→x.(AddAssignWith(U).Op)(y);x - y;→x.(SubAssignWith(U).Op)(y);x * y;→x.(MulAssignWith(U).Op)(y);x / y;→x.(DivAssignWith(U).Op)(y);x % y;→x.(ModAssignWith(U).Op)(y);x;→x.(Inc.Op)();--x;→x.(Dec.Op)();注意Inc/Dec不接收參數(shù)語義由實現(xiàn)者決定移動到下一個/上一個值。在 prelude 中這些接口實際定義于 core/prelude/operators/arithmetic.carbon與設計文檔一一對應// 加法a b。 interface AddWith(Other: type) { let Result: type; fn Op(self, other: Other) - Result; } // 帶賦值的加法a b。 interface AddAssignWith(Other: type) { fn Op(ref self, other: Other); } // 自增a。 interface Inc { fn Op(ref self); }源碼中還保留了 TODO 注釋說明設計文檔規(guī)定的default let Result: type Self與各非With命名約束如constraint Add尚未實現(xiàn)——這屬于實驗階段正常的漸進落地。位運算與移位復合賦值接口族// 復合 。 interface BitAndAssignWith(U: type) { fn Op(ref self, other: U); } constraint BitAndAssign { extend BitAndAssignWith(Self); } // 復合 |。 interface BitOrAssignWith(U: type) { fn Op(ref self, other: U); } constraint BitOrAssign { extend BitOrAssignWith(Self); } // 復合 ^。 interface BitXorAssignWith(U: type) { fn Op(ref self, other: U); } constraint BitXorAssign { extend BitXorAssignWith(Self); } // 復合 。 interface LeftShiftAssignWith(U: type) { fn Op(ref self, other: U); } constraint LeftShiftAssign { extend LeftShiftAssignWith(Self); } // 復合 。 interface RightShiftAssignWith(U: type) { fn Op(ref self, other: U); } constraint RightShiftAssign { extend RightShiftAssignWith(Self); }給定var x: T與y: U改寫規(guī)則x y;→x.(BitAndAssignWith(U).Op)(y);x | y;→x.(BitOrAssignWith(U).Op)(y);x ^ y;→x.(BitXorAssignWith(U).Op)(y);x y;→x.(LeftShiftAssignWith(U).Op)(y);x y;→x.(RightShiftAssignWith(U).Op)(y);這些接口同樣能在 prelude 中找到對應實現(xiàn)見 core/prelude/operators/bitwise.carbon。其命名規(guī)律是BitAndWith/BitAndAssignWith成對出現(xiàn)Assign后綴直接對應賦值語義。默認實現(xiàn)$自動由$與推導當一個類型同時提供了賦值與二元運算符$使a a $ b;合法時Carbon 會自動提供一個默認的$實現(xiàn)使a $ b;合法且與a a $ b;含義相同。這一默認機制由OpAssignWith(U)的參數(shù)化實現(xiàn)完成定義于AssignWith與OpWith之上impl forall [U: type, T: OpWith(U) where .Self impls AssignWith(.Self.Result)] T as OpAssignWith(U) { fn Op(ref self, other: U) { // 這里 $ 是 OpWith 所描述的運算符。 *self *self $ other; } }其約束邏輯是T必須滿足OpWith(U)存在二元運算$結果類型為.Result且.Self即T實現(xiàn)了AssignWith(.Self.Result)能把這個結果賦回自身。這樣x $ y就等價于把x $ y的結果賦回x。泛型實現(xiàn)還帶來一個實際好處在泛型約束中Add Assign約束由于AddAssign的 blanket 實現(xiàn)效果上等價于AddAssign約束——即只要約束一個類型同時提供Add與Assign就可以放心使用。提供更高效的覆蓋實現(xiàn)如果類型存在更高效的復合賦值方式可以提供一個更具體的impl覆蓋默認實現(xiàn)。設計文檔以字符串類型為例impl like MyString as AddWith(like MyString) { // 分配新內(nèi)存并執(zhí)行加法。 } impl MyString as AddAssignWith(like MyString) { // 盡可能復用已有存儲。 }這里AddWith版本每次都分配新內(nèi)存而AddAssignWith版本可以復用左操作數(shù)已有的緩沖區(qū)避免反復分配。這正是設計文檔強調(diào)的復合賦值允許提供比未組合形式更高效的實現(xiàn)的落地方式也是 C 經(jīng)驗中$?？筛咝崿F(xiàn)的原因參見提案 p002511-assignment-statements.md 中Define$in terms of$一節(jié)的討論——設計團隊專門評估過反向定義的可能性最終出于直覺一致性與泛型約束便利性選擇了由$與定義$的方向。編譯器的落地與測試證據(jù)賦值語句的接口化設計在工具鏈中已有對應實現(xiàn)與測試檢查階段type checktoolchain/check 中的handle_expr_statement.cpp、運算符處理邏輯負責將x y、x y、x等語句改寫成對AssignWith、AddAssignWith、Inc等接口方法的調(diào)用。測試語料toolchain/check/testdata/operators/overloaded/ 目錄下存放了大量針對重載運算符的測試文件例如add.carbon的重載測試fail_assign_non_ref.carbon驗證把非引用不可修改表達式當作賦值目標的錯誤fail_no_impl.carbon 與 fail_no_impl_for_arg.carbon驗證缺少接口實現(xiàn)時的診斷。lower 階段toolchain/lower/testdata/operators/increment.carbon 驗證的自增操作在代碼生成階段的處理。這些測試文件連同 prelude 中的接口定義共同構成賦值語句 接口方法調(diào)用這條設計在編譯器中的可驗證閉環(huán)。被否決的備選方案設計文檔末尾列出了在提案 p002511-assignment-statements.md 討論過程中被否決的備選方案文檔中以錨點鏈接形式給出細節(jié)允許把賦值作為子表達式否決理由是與比較運算符混淆風險高、難以閱讀、使未成形狀態(tài)轉換難以定序未來若確有需求可考慮 Python 風格的海象運算符:但當前不推進。允許鏈式賦值a b c 0leads issue #451 決定初始不支持鏈式賦值。不提供自增/自減否決——C 家族開發(fā)者會期待這兩個運算符且它們能更直接地表達計數(shù)/在一維粒度空間導航的語義。把自增當作加 1的語法糖否決——會把語義綁定到數(shù)值化的加 1上不適合迭代器、浮點、有理數(shù)等類型的移動到下一個值語義。用$反過來定義$否決——由$和定義$更符合直覺與教學慣例且能讓Add Assign約束直接支持反向定義還會損害大類型上$的單遍實現(xiàn)效率。不允許重載的行為否決——會失去復用左操作數(shù)緩沖等性能優(yōu)化機會也與 C 的遷移/互操作目標沖突。把左側當作模式pattern否決——現(xiàn)有模式語法沒有賦值給已有變量的機制(a, b) (b % a, a)會被理解為模式匹配比較而非賦值語義新穎性不值得為此引入。為接口使用不同命名討論了AssignFrom、AssignOp、AssignGiven、InPlaceOp等候選最終基于With后綴的一致性、與詞法運算符的直接對應關系$的接口 $的接口 的接口、以及與 Rust 的選擇一致保留了AssignWith/OpAssignWith體系。參考與延伸閱讀設計文檔docs/design/assignment.md本文主體提案proposals/p002511-assignment-statements.md賦值語句的完整設計與備選方案論證算術運算符設計docs/design/expressions/arithmetic.md位運算與移位設計docs/design/expressions/bitwise.mdprelude 接口定義core/prelude/operators/arithmetic.carbon、core/prelude/operators/bitwise.carbon內(nèi)置類型實現(xiàn)core/prelude/types/int.carbon、core/prelude/types/uint.carbon、core/prelude/types/float.carbon語言總覽docs/design/README.md其中 Variables 一節(jié) 展示了i 3;、i;、i 2;在真實函數(shù)中的用法【免費下載鏈接】carbon-langCarbon Languages main repository: documents, design, implementation, and related tools. (NOTE: Carbon Language is experimental; see README)項目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/ca/carbon-lang創(chuàng)作聲明：本文部分內(nèi)容由AI輔助生成（AIGC），僅供參考